Тарасов ЭУМК_Физика_бак_1_2 / 4 - лаб раб / I семестр / Лабораторная работа № 4

2

Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА

Цель работы: изучение закона сохранения импульса на примере системы, состоящей из пушки и снаряда.

Пружинная пушка укреплена на тележке, которая может двигаться с малым трением по горизонтальным рельсам. При срабатывании спускового механизма снаряд выталкивается распрямляющейся пружиной и движется вначале в стволе пушки, а затем в воздухе.

Систему пушка-снаряд можно считать приближённо замкнутой в горизонтальном направлении, так как сила трения между колесами тележки и рельсами много меньше внутренних сил, действующих малый промежуток времени. Действием силы трения за это время можно пренебречь. Поэтому для взаимодействия пушки и снаряда, происходящего от начала действия пружины до момента вылета снаряда из ствола, сохраняется проекция импульса на горизонтальное направление (вдоль оси пушки). Начальный импульс системы равен нулю, так как оба тела неподвижны. Поэтому проекция импульса системы должна оставаться равной нулю до конца взаимодействия, т. е. должно иметь место равенство

где m1 – масса пушки и тележки, v1 – скорость пушки в конце её взаимодействия со снарядом, m2 – масса снаряда, v2 – скорость снаряда в конце взаимодействия.

Введем следующие обозначения: импульсы – P1 = m1v1, P2 = m2v2, тогда из соотношения (1) следует, что

Соотношение (2) проверяется в данной работе.

1. Описание метода измерений

Для проверки соотношения (2) необходимо найти массу пушки и массу снаряда и рассчитать скорости v1 и v2. Масса m1 задана на установке, массу m2 требуется найти взвешиванием на технических весах. Абсолютные величины скоростей v1 и v2 найдём, исследуя независимые движения пушки и снаряда по окончании их взаимодействия.

Для этого зафиксируем начальное положение указателя тележки. К концу взаимодействия пушка сместится. Однако это смещение много меньше перемещений пушки и снаряда после отрыва снаряда от ствола. Поэтому фиксированное начальное положение указателя тележки можно принять за начальную точку независимого движения пушки. Движение пушки после вылета снаряда из её ствола является прямолинейным, равнозамедленным под действием постоянной силы трения. Начальная скорость этого движения – v1; конечная скорость – vt = 0. Измеряя расстояние S, пройденное пушкой до остановки, и время t1 этого движения, можно найти v1 по формуле

3

Независимое движение снаряда есть свободное падение (сопротивлением воздуха

пренебрегаем) с начальной скоростью v2 , направленной горизонтально. Выберем систему координат, как показано на РИС. 1. Законы движения снаряда имеют вид

Подставив в уравнения (4) значения x = l и y = h и исключив время, получим формулу для расчёта скорости

Таким образом, измеряя величины l и h, можно рассчитать скорость снаряда v2.

Рис. 1

2. Описание установки

Экспериментальная установка показана на РИС. 2. Пружинная пушка укреплена на тележке, которая передвигается по горизонтальным рельсам. Для проверки горизонтального положения рельсов служит уровень 1, расположенный между рельсами. При горизонтальном положении рельсов пузырёк воздуха должен стоять в центре уровня. Пружина пушки 2 надета на стержень 3. Снаряд насаживают на стержень и сжимают им пружину. Для удержания пружины в сжатом положении используют электромагнит 4. Напряжение к электромагниту подаётся от источника питания УБП. Тумблер 5 служит для замыкания цепи электромагнита.

Рис. 2

3. Порядок выполнения работы

1.С помощью уровня проверить горизонтальность рельсов.

2.Взвесить на технических весах снаряд.

3.Измерить высоту h (см. РИС. 1).

4. Включить источник питания.

4

5.На площадку, на которую падает снаряд, положить миллиметровую и копировальную бумагу.

6.Сжать пружину пушки, замкнуть цепь электромагнита.

7.Произвести выстрел – разомкнуть цепь электромагнита и одновременно пустить в ход секундомер.

8.Остановить секундомер одновременно с остановкой тележки и измерить по линейке путь S, пройденный тележкой.

9.По следу, оставленному на миллиметровой бумаге в том месте, где упал снаряд, измерить путь l, пройденный снарядом по горизонтали. Из РИС. 1 видно, что путь

l = l1 + l2, где l1 – расстояние от края ствола до площадки, накрытой бумагой, оно задано на установке, а l2 – расстояние, измеренное по бумаге. После каждого измерения след нужно зачеркнуть, чтобы не спутать с ним последующие следы.

Пункты 6-9 повторить 5 раз. Полученные результаты занести в ТАБЛ. 1.

4. Обработка результатов измерений